la mesure acoustique

Transcription

LA MESURE ACOUSTIQUE
RESUME
La mesure acoustique a pour finalité de rendre compte objectivement de la perception
et de la sensation auditive d’un individu.
Vaste chantier, quasi utopique, puisqu’il s’agit de généraliser une expression humaine
subjective et par définition unique. La mesure acoustique, pour être utile et
représentative, doit donc intégrer de nombreux paramètres liés à la méthodologie et
aux conditions de mesure et faire appel à des instruments exprimant des données qui
sont la conjugaison de la physique et de la psychologie.
Les applications de la mesure acoustique intéressent de nombreux domaines et
notamment celui de l’environnement. Il s’agira de lutter contre les nuisances sonores, de
mieux aménager un espace ou un territoire ou encore de prévoir une situation afin
d’améliorer le cadre de vie de la population.
L’ACOUSTIQUE DEVIENT INFORMATIQUE…..
La description objective d’un environnement acoustique a pour finalité la description et
la compréhension des effets du bruit sur l’homme. Or, ceux-ci sont nombreux et liés à
des facteurs objectifs (durée, répétabilité, caractère fluctuant, impulsionnel du bruit
etc...), mais aussi à des facteurs subjectifs (contexte psychologique, physiologique,
sociologique, occupation etc...).
La nécessité de prendre en compte le mieux possible un maximum de ces paramètres a
suscité un nombre considérable d’études aboutissant la plupart du temps à l’élaboration
de nouveaux indices, unités ou critères de bruit qui cherchent à décrire des
environnements acoustiques spécifiques par une valeur et une seule (1).
Or, comme s’accordent à le montrer de nombreuses études récentes, un indice ne peut,
à lui seul, caractériser totalement une situation acoustique et, à fortiori, son impact sur
la sensation qu’en éprouve l’être humain. Ainsi, il est souvent objectivement impossible
de conclure à l’existence de la «potentialité d’une gêne » au sens de la normalisation
internationale (2) à partir de la valeur d’une seule grandeur.
01dB, rue du 1er Mars, 69100 Villeurbanne
Tél. : 04 78 53 96 96 – Fax : 04 72 33 02 12
E-mail : [email protected] – Internet : http://www.01db.com
1
Même si un indicateur utilisant la moyenne appelé Leq a fait l’objet d’un consensus plus
large que les autres indices comme étant « le moins mal corrélé à la gène », il est trop
réducteur et il est indispensable de lui adjoindre des éléments permettant de compléter
l’information. Après l’ajout des indices statistiques qui caractérisent l’amplitude des
variations sonores mais qui ne datent pas et ne décrivent pas chaque événement, la
méthode du Leq court a été adoptée pour apporter cette description temporelle.
Cette méthode fut conçue en 1979 (3) et développée pour s’imposer dans les années 80
(4) en proposant une procédure de mesure et d’évaluation d’un environnement acoustique
fondée sur l’exploitation informatique de l’histoire temporelle des bruits.
Depuis, l’essor des techniques numériques a permis de compléter la connaissance de
l’histoire temporelle par une analyse simultanée du contenu fréquentiel, et de
l’enregistrement du signal (5) qui autorise une réécoute de celui-ci.
Grâce au support de la micro informatique, l’instrumentation, outil de la mesure, est
devenu plus flexible et plus performant et permet aujourd’hui une investigation
complète et automatisée d’une situation sonore.
Il y a une meilleure adéquation entre la quantité d’informations recueillies et son
traitement car, grâce à la programmation voire à l’intelligence artificielle, la mesure est
optimisée et analysée en fonction des objectifs recherchés.
La prise en compte de la durée est facilitée par la mémorisation et le transfert
automatique des données et offre une meilleure représentativité de la situation sonore.
Par contre, il faut garder à l’esprit que limiter une mesure acoustique dans le temps est
toujours une approche statistique. Théoriquement, la mesure devrait être infinie pour
être réellement représentative car elle rend compte d’un phénomène sans cesse
évolutif.
LES CONDITIONS DE MESURE
1 - APPLICATION DE LA NORMALISATION
Les mesures acoustiques dans l'environnement sont soumises, dans la majorité des cas,
aux prescriptions de la normalisation internationale assorties de réglementations
locales.
Sans que cela soit exhaustif, la législation a produit des textes concernant les types de
situations suivantes pour lesquelles la méthodologie et les conditions de mesure sont
définies :
•
Bruit de voisinage et de loisirs
•
Bruit autour des industries
•
Bruit autour des infrastructures routières et ferroviaires
•
Bruit autour des aéroports
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2
2 - CHOIX DU POINT DE MESURE
En milieu extérieur, le point de mesure doit être choisi, pour l’habitat individuel, dans la
propriété du plaignant, et en habitat collectif à deux mètres de la façade ou encore en
tout point jugé représentatif pour l’étude initiale d’une situation.
Dans un atelier, s'il s'agit de l'étude de poste de travail en vue de prévenir la
dégradation de l'audition d'un travailleur, l'appareil de mesure devra être miniaturisé
pour être placé sur l'individu et à proximité de son oreille.
3 - LE CHOIX DE L’INSTRUMENTATION
L’appareillage type de mesures acoustiques correspond soit à un sonomètre intégrateur
doté éventuellement d’une capacité mémoire, soit à une chaîne de mesure informatisée.
4 - LA CLASSE DE PRECISION
Les appareils sont différenciés selon leurs performances, notamment en terme de
précision, en quatre classes :
Classe 0 : appareil étalon de laboratoire,
Classe 1 : appareil d’expertise (mesures contractuelles),
Classe 2 : appareil de contrôle (mesures non contractuelles),
Classe 3 : appareil de diagnostic (mesures d’évaluation sommaire).
5 - LA CALIBRATION
L’échelle des décibels ayant été élaborée de manière empirique, chaque mesure doit être
étalonnée au début et à la fin des acquisitions de données. L’étalon appelé calibreur
acoustique génère un niveau de pression sonore connu et maîtrisé (habituellement 94
décibels à 1000 Hz) qui permet à l’opérateur de régler son sonomètre par comparaison.
6 - LA DYNAMIQUE
L’appareil doit disposer d’une dynamique de mesure d’au moins 60 décibels pour faire
face à des écarts de niveaux sonores qui peuvent être importants en milieu extérieur
(écart jour/nuit, variation due à la présence de sources intermittentes etc…).
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7 - LA TRAÇABILITE
L’ensemble de la chaîne de mesure doit être vérifié régulièrement afin de s’assurer de la
stabilité de ses performances. Par exemple, le microphone est extrêmement sensible à
son environnement et varie en fonction de la température ambiante. Il faut être vigilant
car il peut se dégrader et continuer de fournir des résultats plausibles mais des
résultats erronés.
ACQUISITION DES DONNEES ACOUSTIQUES
Comme toute mesure, la mesure du phénomène acoustique n’a d’intérêt qu’en fonction du
but recherché. Le niveau résultant doit être adapté en terme de sensation auditive. Il
est nécessaire de décrire de façon objective la situation sonore afin de la mettre en
relation avec la réponse au bruit de la population concernée.
La plupart des sources de bruit produisent des niveaux de bruit qui varient dans le
temps. On choisira la période d’échantillonnage la plus pertinente pour décrire le
phénomène. En général, la base de temps d’une seconde est utilisée comme outil de
travail permettant le tracé d’une évolution temporelle exploitable.
Il est extrêmement important de pouvoir conserver et visualiser l’évolution temporelle
du bruit sur l’ensemble de la période d’analyse afin d’observer l’histoire du bruit étudié
et d’éviter, ainsi, des erreurs d’interprétation.
C’est d’autant plus facile qu’il n’est plus un problème, à l’heure actuelle, de conditionner
sur une mémoire de dimensions réduites un grand nombre d’informations et d’exploiter
celles-ci sur un micro-ordinateur. La difficulté sera de recomposer judicieusement des
Leq entre eux pour obtenir une ou plusieurs valeurs moyennes représentatives de la
situation considérée.
LE CHOIX D’UNE DUREE REPRESENTATIVE
Quels que soient les moyens employés, il est essentiel que la mesure acoustique
considérée soit représentative de la situation étudiée. Cet objectif doit être récurrent
pour l’utilisateur et l’obliger à garder sans cesse à l’esprit quelques principes
fondamentaux :
-
Représenter une sensation humaine subjective
Prendre en compte correctement la source de bruit désignée
Mesurer sur une durée suffisante pour qu’elle soit représentative
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Quel que soit le niveau sonore moyen Leq obtenu, celui-ci n’est qu’un estimateur de la
situation et devrait être systématiquement associé à un intervalle de confiance. Il ne
représente exactement que la période mesurée alors que l’on généralisera celle-ci.
ATTENTION A L’IMPRECISION
Les incertitudes liées à la mesure sont nombreuses telles que :
- L’incertitude liée à la météorologie (pour les mesures extérieures) :
Les conditions météorologiques influent de manière très importante sur les résultats de
mesure. Il est même très difficile d’obtenir des conditions répétitives d’une situation.
Les connaissances actuelles permettent de chiffrer les écarts et d’en comprendre les
origines mais pas encore d’en maîtriser le résultat. Il est fortement recommandé
d’indiquer les conditions météorologiques existantes lors de la mesure acoustique.
Exemple : des écarts de plus de 10 dB peuvent être facilement observés pour des vents
tantôt portants, tantôt contraires.
- L’incertitude liée à la saisonnalité et à la journée :
La saison et même le jour choisi pour la mesure peuvent influencer notablement le
résultat. L’exemple de la présence ou de l’absence de grillons ou de criquets pour évaluer
le bruit ambiant résiduel d’une agréable soirée méridionale est bien connu.
- L’incertitude liée à l’appareillage de mesure :
Compte tenu des exigences métrologiques imposées par les réglementations, l’usage d’un
appareillage de classe 1 permettra de négliger cette source d’erreur. En effet, celle-ci
devient très faible par rapport aux autres incertitudes.
La représentativité va dépendre également des moyens utilisés. Habituellement, les
méthodologies de mesure recommandent des durées basées sur un macro
échantillonnage qui se transforment souvent, malheureusement, pour limiter les coûts,
en micro échantillonnage.
Le macro échantillonnage concerne les mesures de 24 heures ou plus et cherche à être
représentative de l’année entière. C’est déjà une réduction considérable qui ne prend en
compte ni les saisons, ni les changements météorologiques.
Le micro échantillonnage se contente de mesurer le bruit sur un ou plusieurs cycles de
fonctionnement. Ce type d’échantillonnage nécessitera encore plus l’usage de
descripteurs statistiques afin de s’assurer de la stabilité (convergence) des données.
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DUREE DE LA MESURE ?
On peut indiquer les durées de mesures minimales pour quelques cas courants :
Les bruits très stables et bruits stables intermittents
- la durée de mesure peut être de l’ordre d’une minute
Les bruits périodiques
- la durée de mesure doit couvrir la durée d’apparition du signal pour chacun des
événements
Par exemple : le bruit d’une station de lavage de véhicules sera caractérisé sur le cycle
complet d’un lavage.
Les bruits fluctuants dont la durée d’apparition est continue ou quasi continue et
supérieure à une heure
- La durée minimale de mesurage doit être d’une heure
LE CAS DU BRUIT AMBIANT RESIDUEL
On constate que chaque cas présente un certain nombre de précautions et de difficultés
qu’un opérateur avisé devra prendre en compte. Le principe de la méthode de mesure
repose sur la notion d’émergence qui cherche à quantifier la différence entre la source
de bruit désignée et le bruit ambiant résiduel. Ce dernier exige, encore plus que la
source particulière, une approche pragmatique et rationnelle. Comment caractériser un
bruit ambiant résiduel d’une période de nuit autrement que sur la période entière ?
Il est possible, voire souhaitable de mesurer le bruit résiduel juste avant et juste après
l’apparition des sources particulières afin d’en caractériser l’émergence intrinsèque.
Pourtant, le bruit ambiant résiduel mesuré entre 2 heures et 3 heures du matin a, bien
souvent, peu de rapport avec celui mesuré entre 22 heures et 23 heures ou celui entre
5 heures et 6 heures.
Sa représentativité par rapport à la période de référence en souffrira et nécessitera,
là encore, une indication sur ses limites. La mesure du bruit ambiant résiduel, plus que
tout autre, milite pour une mesure « longue » du phénomène et qui devrait au moins
s’approcher de sa période de référence (par exemple de 22 heures à 6 heures
habituellement retenue pour la période de nuit).
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INTERPRETATION DE LA MESURE
L’interprétation de la mesure repose, en grande partie, sur la différence auditive
(appelée émergence) entre le bruit que l’on cherche à quantifier considéré comme
singulier ou gênant, et le bruit ambiant résiduel (appelé autrefois bruit de fond).
DEFINITION « SAVANTE » DE L’EMERGENCE
Cette différence est appelée émergence et définie (6) comme étant « un effet
générique regroupant la totalité des occurrences sonores qui apparaissent nettement
dans un contexte donné. Très souvent couplée avec un autre effet, l’émergence ne
concerne pas seulement l’irruption d’un son fort dans un contexte de plus faible
intensité, elle caractérise aussi l’apparition de sons différents par leurs hauteurs, leurs
timbres ou leurs rythmes. C’est plus l’affirmation d’un nouveau son qui marque la
singularité de cet effet que ses modalités d’apparition, celles-ci relevant plutôt des
effets avec lesquels il se conjugue ».
Sauf cas très simple, les résultats sont exploités à l’aide de logiciels de traitement des
données qui présentent une suite d’étapes sur lesquelles s’appuie l’opérateur pour
interpréter la situation. Ce processus peut être généralisé sachant que l’opérateur peut,
à l’envi, « rejouer la partie » autant de fois que nécessaire :
•
•
•
•
•
•
•
Visualisation d’évolutions temporelles en Leq courts.
Identification et codage des sources de bruits.
Calcul de la contribution sonore respective des sources de bruit.
Calcul de l’émergence sonore.
Comparaison, le cas échéant, avec la réglementation.
Interprétation des résultats.
Recherche de solutions.
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LES OUTILS DE LA MESURE ACOUSTIQUE
L'ÉVOLUTION DE L'INSTRUMENTATION
La mesure acoustique a beaucoup évolué compte-tenu de la complexité des situations
qu'elle doit appréhender et grâce à l'avènement des techniques de mesures sans cesse
plus performantes. A l'exception des phénomènes stationnaires souvent créés par les
sources acoustiques contrôlées, la situation sonore est rarement stable et nécessite une
investigation longue et attentive. L'instrumentation a suivi l'évolution des techniques et
permet aujourd’hui de répondre aux besoins exprimés. Qu’elle soit simple ou plus
élaborée, la métrologie s’est adaptée pour permettre à l'acousticien de décrire le plus
objectivement possible un environnement sonore donné.
L'objectif de la métrologie est de modéliser la perception acoustique afin de substituer
à l'oreille humaine un appareil de mesure le plus fidèle possible. En moins de deux
décennies, l'instrumentation acoustique s'est radicalement transformée et a connu une
évolution sans précédent. Elle est passée d'une instrumentation dédiée, analogique,
électrique et mécanique à une instrumentation numérique multitâches faisant appel à des
circuits électroniques de plus en plus miniaturisés. En cela, la sonométrie est exemplaire.
Cette évolution ne s'est pas faite de façon linéaire mais, aujourd'hui, après des
tentatives de sophistication suivies de retours sur des bases couramment admises, la
modélisation de la fonction auditive s'est prudemment limitée à la mesure de la force
sonore.
L'apport moderne de la métrologie provient de la prise en compte de la durée comme une
variable très importante de l'impact des phénomènes acoustiques. Ces différents
progrès dans les concepts ont été ponctués par quatre grandes générations de
sonomètres :
•les sonomètres classiques (années 50)
•les sonomètres intégrateurs (années 70)
•les sonomètres intégrateurs à mémoire (années 80)
•les micro-ordinateurs sonomètres (années 90)
La première génération de sonomètre a été bâtie pour modéliser le comportement de la
fonction auditive dans l'écoute des sons purs. Son unique application réside dans
l'analyse des phénomènes stationnaires (bruits stables).
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Cette génération utilisait, comme indicateur, une aiguille trop fugitive pour être
exploitable. On a d'abord ralenti son déplacement en l’amortissant sans obtenir de
résultats significatifs sur de longues périodes. Alors, pour exploiter visuellement ce
déplacement, on a utilisé l'enregistrement graphique. Ceci a conduit à de grandes
longueurs de papier pour une information qui était encore difficile d'exploiter.
Dans la majorité des situations mettant en cause des sources de bruits "naturelles" :
activités industrielles, circulation de véhicules, actes de vie courante, les phénomènes
acoustiques évoluent dans le temps. Pour éviter que l'évaluation ne soit représentative
que du court instant de l’observation du phénomène (quelques secondes), il est
nécessaire de prolonger la mesure et de procéder à une réduction de la quantité
d'informations par le calcul du niveau moyen Leq. Un sonomètre utilisant le Leq est
appelé sonomètre intégrateur.
La mesure permet, dans ce cas, d'obtenir un résultat objectif d'une situation et dont
l’unicité permet de le comparer à une autre situation ou à une valeur de référence. Selon
le domaine étudié et selon le contexte, la connaissance de la précision et des
incertitudes de mesure sera nécessaire et devra être adaptée aux enjeux.
En acoustique, la précision au dixième (0.1 dB) sera largement suffisante pour une
science non exacte, compte tenu de l'empirisme des bases de sa construction et des
sciences humaines auxquelles elle fait appel.
Il est, par contre, important que le résultat censé illustrer un environnement sonore soit
représentatif de celui-ci et en cela les conditions de mesure et les précautions à
prendre sont essentielles.
Dans son domaine d'application, le sonomètre intégrateur va fonctionner seul pendant
des durées importantes et doit être à même d'accepter sans réglage les évolutions du
phénomène. On utilise, pour cela, des appareils présentant des dynamiques de mesure
importantes de 60, 80 voire 100 dB et dotés de mémoires.
Les fortes capacités de mémorisation disponibles sur les sonomètres intégrateurs à
mémoire offre la possibilité de surveillances acoustiques suivies seconde par seconde
sur des durées de plusieurs jours.
L'arrivée du traitement du signal valorisé par le développement de la micro informatique
apporta enfin, dans la réalisation des appareils, des avantages fondamentaux.
La micro-informatique permet de numériser les valeurs instantanées, de les mémoriser
et de les traiter par des moyens de calculs puissants. A partir de l'acquisition du signal
brut, il appartient à l'utilisateur de développer ou d’utiliser des programmes qui
réalisent des traitements en vue d'obtenir des résultats adaptés à chaque application.
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Un autre intérêt réside dans la capacité des micro-ordinateurs à remplir en même temps
différentes fonctions. Ainsi, on a pu constater, depuis plusieurs années, les avantages
que procure le fait d'être à la fois enregistreur et sonomètre dans, par exemple, le
traitement d'une plainte.
La mémorisation d'un signal numérique a permis également de remplacer les
magnétophones classiques en augmentant considérablement leur dynamique de mesure,
leur durée d'enregistrement et en diminuant leur durée de dépouillement. Plus
généralement, le confort, le gain de temps et la rapidité d'accès à l'information,
présenté par le stockage numérique ont changé insidieusement mais efficacement bien
des habitudes de mesure.
Aujourd'hui, pour décrire un environnement sonore, on n'hésite pas à faire appel à une
mesure d’une durée de 24h. Le résultat obtenu est plus représentatif que celui sur l'on
obtenait par le passé en effectuant une mesure que la technologie du moment limitait
dans le temps. Par ailleurs, le rythme de 24h est bien celui qui dicte nos activités et
notre vie.
APPORT DU LOGICIEL COMME OUTIL DE MESURE
L'avènement de la micro-informatique a permis de regrouper et d’optimiser les
différentes étapes de la mesure au niveau de son acquisition et de son traitement.
Au niveau du traitement, ce sont les logiciels qui seront développés et adaptés aux
applications étudiées.
Les logiciels sont maintenant omniprésents dans les processus de mesure, de façon
occulte dans la gestion des appareils dédiés ou plus apparent dans le traitement des
données. Les logiciels se répartissent en trois grandes familles :
•
les logiciels d'acquisition,
•
les logiciels de traitement,
•
les logiciels d'édition (outils bureautiques).
Le logiciel a d'abord été développé pour permettre le traitement des données acquises
par un instrument rustique sur le plan informatique, selon un protocole fixe et répétitif.
Son intérêt majeur consiste à guider l'opérateur dans la mise en œuvre d'une méthode
de mesure comme par exemple l'application d'une norme.
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Il pose à l'opérateur les questions pertinentes et lui permet d'éviter des omissions ou
des erreurs d'interprétation. Très rapidement, en s'appuyant sur les outils de
traitement de texte, ces logiciels ont aussi facilité la rédaction de rapports sans
augmenter la durée de travail.
Lorsque la mesure des données acoustiques a été réalisée par le traitement du signal,
donc par l'informatique, les logiciels d'acquisition ont vu le jour. Le traitement du signal
peut être considéré à plusieurs échelles du temps.
On peut ranger dans le traitement "lent" le pilotage de plusieurs instruments dédiés de
nature différentes, par exemple : un sonomètre associé à une station de relevés
météorologiques. Les traitements rapides proviennent de l'acquisition d'échantillons
sonores pour finir par la fourniture de niveaux moyens Leq sur des durées d'intégration
programmées.
Pour ce type d’application, ce résultat est obtenu en insérant, dans les microordinateurs classiques, des cartes d'acquisition qui portent parfois un autre calculateur
spécialisé (DSP). L'appareil ainsi équipé de matériel complémentaire et porteur du
logiciel spécialisé devient un instrument de mesure à part entière et présente la
propriété d'être polyvalent.
L’appareil des temps modernes devient, en fait, un super ordinateur doté de capteurs et
de boîtiers de conditionnement du signal qui permettent d’accéder, en temps réel et
simplement, à l’information temporelle (sonomètre), fréquentielle (analyseur) et audio
(magnétophone). Il constitue la base de ce que l’on appelle l’instrumentation virtuelle.
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LA MESURE GRACE A
L’INSTRUMENTATION VIRTUELLE
L’évolution fulgurante des technologies informatiques impose, aujourd’hui, de développer
des outils pour l’acquisition et le traitement des données plus conviviaux et évolutifs.
Pour remplacer les instruments de mesures traditionnels, un système construit avec un
PC doit présenter de nombreux avantages et des fonctionnalités équivalentes pour
l’utilisateur. Dans ces conditions, ce système est considéré comme une alternative à
l’instrumentation dédiée et la remplacera peu à peu.
Il est récent que les ordinateurs permettent non seulement de mesurer les données
mais aussi de les analyser grâce à une augmentation de la puissance de calcul. Pour
développer un instrument virtuel, il faut cependant s’attarder sur les processus qui
peuvent être pris en charge par des plates-formes d’acquisition et des logiciels de
mesure et d’analyse.
L’approche générique d’une chaîne de mesure intégrée sur PC est la même que pour les
appareils dédiés tel que les sonomètres, les magnétophones ou les analyseurs
fréquentiels multi-voies. Les constituants principaux sont les suivants :
•
•
•
•
•
Un capteur qui transforme une grandeur physique en une grandeur électrique.
Un conditionneur qui amplifie et conditionne le signal électrique pour son
analyse. Les unités de conditionnement doivent souvent être alimentées.
Une plate-forme d’acquisition ou unité de traitement du signal numérique qui
permet d’effectuer les mesures proprement dites.
Un ordinateur, qui fournira, à la fois la visualisation des résultats, les calculs
d’analyse et l’archivage des données jugées pertinentes.
Des logiciels d’application qui définiront simplement le type de mesure
effectué.
Le véritable avantage de l’instrument virtuel repose sur le logiciel d’application qui
permet de choisir si le système est un sonomètre, un magnétophone, un analyseur
fréquentiel ou temporel, etc. Il ne s’agit pas de science fiction et ces outils sont
aujourd’hui disponibles sur le marché.
Qu’appelle-t-on une chaîne de mesure virtuelle ? C’est un ensemble constitué d’unités
d’acquisition, de logiciels d’applications (modulaires) et d’ordinateurs, qui est sujet aux
même contraintes qu’un instrument dédié.
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Cette particularité permet à l’utilisateur de bénéficier d’un choix très large pour
constituer sa chaîne de mesure. Certains préféreront des processeurs très rapides,
d’autres des disques durs de très grande taille pour installer, par exemple, des logiciels
de modélisation et de prévision.
Les frontières entre la mesure et la modélisation, le monde du réel et le monde du
virtuel, vont peu à peu s’estomper.
La mesure, en cherchant à modéliser la perception humaine, s’appuie de plus en plus sur
l’intelligence artificielle qui, couplée à la modélisation, permettra d’accéder à un monde
son et image en trois dimensions.
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LA MESURE ET LA PREVISION
La puissance de calcul apportée par la micro-informatique a fait progresser la qualité de
la mesure et a rendu plus accessible la modélisation acoustique.
La maîtrise d’un champ sonore reste un exercice difficile, (sources de bruit nombreuses
et évolutives, topographie, effets météorologiques, influence du bâti, etc…) mais les
logiciels de prévision acoustique offre, aujourd’hui, des fonctionnalités attractives et
complémentaires.
La mesure fournit une information ponctuelle. La prévision permet d’extrapoler et
d’accéder à une information spatiale en trois dimensions. Il est possible d’établir la
cartographie sonore d’un site et d’évaluer les niveaux sonores moyens en tout point. La
mesure reste indispensable pour vérifier la pertinence des modèles de calcul et pour
accéder à une connaissance plus fine telle que la différenciation des sources sonores
entre elles.
Les applications sont nombreuses ou le couple mesure / prévision devient indissociable.
Le gestionnaire d’une collectivité ou l’aménageur d’un territoire utilisant à bon escient
les deux pour améliorer la qualité de vie d’un espace donné. La mesure le renseignera sur
le type de sources en présence et sur les excès de comportement, la prévision donnera
une vision plus globale sur laquelle ils tenteront d’intervenir en modifiant des
paramètres.
La mise en place d’un plan de circulation, l’utilisation de feux de signalisation
automatisées, la réhabilitation d’un quartier en utilisant des espaces « tampons » entre
les sources bruyantes et des espaces protégés sont autant d’exemples sur lesquels ils
pourront agir.
L’ingénieur acousticien utilisera, quant à lui, le modèle de prévision pour connaître, avant
réalisation, les effets d’éventuels travaux ou solutions qu’il doit projeter. L’informatique
a remplacé définitivement la maquette en offrant un avantage incomparable : la
possibilité de modifier, à volonté, les paramètres et de « rejouer la partie » autant de
fois que nécessaire.
Des projets les plus fous au simple écran routier seront calculés et optimisés en
fonction de leurs dimensions et des incidences acoustiques qui en découlent.
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LA CARTOGRAPHIE ACOUSTIQUE
La cartographie acoustique consiste à généraliser sur un plan la représentation des
niveaux sonores moyens dans l’espace. Fortement utilisés par les élus de collectivités
locales car ils peuvent réduire leur ville en de magnifiques cartes en couleurs, celles-ci
montrent rapidement leurs limites provenant des approximations drastiques que leur
présentation graphique nécessite.
Pour ne pas être seulement une photographie figée d’un site mais un véritable outil de
planification, la cartographie acoustique est en train d’évoluer vers une représentation
plus générale et plus dynamique de l’environnement sonore. A ce titre, elle doit intégrer
de nombreuses données qualitatives tels que le type de source, son occurrence, sa
périodicité ou encore les conditions de réception de celle-ci. Elle doit également être
couplée à des modèles de prévision qui permettent de projeter différents scénarios et
de vérifier immédiatement les conséquences induites par des aménagements ou des
modifications du site étudié.
REFERENCES
(1) P. LIENARD
« Décibel et Indices de bruit » - Edition Masson
(2) Norme ISO R 1996
(3) A. KOMORN
« Méthode de description objective d’un
environnement acoustique »
Rapport CEE (LNE Avril 1979)
(4) P. LUQUET
« Méthode du Leq court »
Rapport LNE Novembre 1981
(5) ……………………….
…………………………………………………………..
(6) JF AUGOYARD
« A l’écoute de l’environnement »
Répertoire des effets sonores
Edition Parentheses
P. LUQUET
H.TORGUE
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15
ANNEXE TECHNIQUE
Qu’est ce qu’un son ?
Dans l’air, le son correspond à une variation de la pression atmosphérique. Cette
variation est très faible, même pour des sons très intenses. Pour l’illustrer, on a recours
au microphone qui, relié à des circuits amplificateurs transformera cette variation en un
signal électrique exploitable.
Exemple d’un son pur :
Un son pur est un son à motif sinusoïdal.
1
T (seconde) = -----F (Hertz)
Il est caractérisé par :
- Sa période T, durée correspondant au motif complet sinusoïdal
(s’exprime en seconde).
- Sa fréquence F, nombre de motifs sinusoïdaux par seconde
(s’exprime en Hertz).
- Son amplitude, valeur absolue maximale de la pression acoustique.
- Sa valeur efficace, égale (dans ce cas très particulier) à l’amplitude divisée par
2
Décrire les sons, c’est donner les valeurs d’un certain nombre de paramètres
caractéristiques, amplitude, fréquence, etc…….
L’important domaine de valeurs que peuvent prendre les grandeurs acoustiques justifie
l’utilisation d’échelles et de grandeurs logarithmiques.
De manière générale, le niveau L en décibels (noté dB) d’une pression est par définition
vingt fois le logarithme décimal du rapport de P à une pression de référence Pref :
P
Lp = 20 log ----Pref
La pression acoustique de référence Pref vaut, dans l’air, 20 micro pascals.
Notre oreille pourra détecter ou résister à des sons variant de 0 à 140 dB. En
fréquences (Hertz), l’oreille couvre dix octaves environ de 16Hz à 16 000 Hz. En deça,
ce sont des infra sons, au delà des ultrasons.
Un bruit est un son provoquant une gêne ou un désagrément, de manière générale une
attitude de refus : tout son non désiré est donc un bruit. Un bruit porte atteinte à la
santé, laquelle est, selon l’OMS, un état de bien être physique, psychique et social.
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L’ACOUSTIQUE N’EST PAS NOUVELLE …..
Dès l’Antiquité, le savant, le philosophe ou encore l’architecte se sont intéressés aux
sons. Les premiers pour en expliquer la nature, les seconds avec le souci de l’intégrer à
une cosmogonie et les derniers dans le but de réaliser la meilleure écoute.
Par exemple, l’architecte romain VITRUVE, premier siècle avant J.C., décrivit dans son
ouvrage « De Architectura Lib V, De theatri Vasis » la réalisation et l’utilisation
d’amphores acoustiques, résonateurs d’airain ou de terre cuite, utilisés dans les
théâtres. Cette technique fut largement reprise durant le moyen âge dans le cadre de la
construction des églises et permet d’améliorer l’écoute et l’intelligibilité des sons
produits.
L’acoustique est une science très ancienne qu’on appelait originellement musique et qui
est restée empirique et subjective jusqu’au 17ème siècle. Elle devint réellement une
science après les travaux de Newton qui montra le rôle de l’élasticité dans la formation
et la transmission des sons et surtout de Lord Rayleigh qui publia en 1895 « La théorie
du son ».
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LE PALAIS DES CONGRES DE PARIS
SOUS SURVEILLANCE
Le Palais de Congrès de Paris a entrepris, pour l’an 2000, d’énormes travaux d’extension
afin de doubler la surface d’exposition et de créer, notamment, trois salles de spectacle
supplémentaires de 200, 400 et 600 places.
La société gestionnaire du bâtiment a décidé de limiter les niveaux sonores des bruits
provenant du chantier afin que les commerces et les zones de conférences continuent
de fonctionner normalement sans subir de nuisances.
Pour cela, des systèmes de mesure en continu ont été installés en des points
stratégiques et déclenchent une guirlande lumineuse sur le chantier et dans le bureau du
gestionnaire quand un niveau Leq (30 secondes) dépasse 55 dBA. Des pénalités
financières sont alors appliquées.
Des dispositions particulières ont bien évidemment été imposées au chantier de
construction tels que des aménagements d’horaires, l’utilisation de matériels insonorisés
adaptés (par exemple, des grignoteuses pour détruire les parois) ou encore la mise en
place de cloisons provisoires séparatrices.
Après deux ans de surveillance, seulement cinq dépassements ont été relevés et
rapidement traités. La transparence d’un tel système désamorce également les plaintes
et réduit l’agressivité des commerçants qui constatent les efforts importants réalisés
pour leur mieux être.
Les coûts induits, de l’ordre d’un million de francs dont 20% pour les systèmes de
surveillance, sont finalement très faibles comparés aux enjeux économiques que
représenterait l’arrêt d’un tel chantier.
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GAMME DE PRIX
L’appareillage de mesure repose sur la sonométrie à laquelle on ajoutera, le cas échéant,
des fonctionnalités plus évoluées en matière d’analyse fréquentielle.
Il existe aujourd’hui des instruments de mesure de deux types : les appareils dédiés et
l’instrumentation sur ordinateur.
Les appareils dédiés illustrés par les sonomètres coûtent entre 2000 francs (indicateur
de bruit) et 40 000 francs et par les analyseurs fréquentiels qui se situent entre
20 000 francs et 100 000 francs.
L’instrumentation sur ordinateur nécessitera, quant à elle, entre 30 000 francs et
100 000 francs selon les configurations et logiciels associés.
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OBJECTIVITE ET SUBJECTIVITE
« Les spots publicitaires sont-ils plus bruyants »
A la question « les niveaux sonores des messages publicitaires sont-ils plus ou moins
forts que les autres programmes » ? le téléspectateur répondra invariablement que le
niveau sonore est largement supérieur pendant les spots publicitaires. Pourtant, une
mesure effectuée avec un sonomètre montre que cette affirmation est fausse en
décibels (mesure objective). Il est pourtant vrai que notre sensation (subjective)
surévalue l’effet parce que les ingénieurs du son manipule le signal émis en le
compressant, en augmentant les fréquences médium (les plus audibles) et en utilisant
des rythmes à très fortes variations.
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UN BRUIT ANNONCE N’EST QU’A
MOITIE PARDONNE
L’appréhension des bruits est complexe et certaines situations ne peuvent s’exprimer
par la mesure. Il est, par exemple, singulier de constater que les riverains des voies
ferrées se réveillent lorsque le « 5h04 » ne passe pas pour cause de grève.
Plus subtil encore, il faut parfois provoquer le bruit pour apaiser l’angoisse de son
éventuelle apparition.
L’histoire du garçon de café est probante :
Une personne habitant en dessous de l’appartement d’un garçon de café était réveillé
toutes les nuits le garçon, fatigué, rentrait à 2 heures du matin et se jetait sur son lit
en lançant au sol ses chaussures. N’y tenant plus, l’habitant monte expliquer au garçon
qu’il est réveillé chaque nuit. Le garçon promet qu’il fera dorénavant attention.
La nuit suivante, le garçon se jette sur son lit, lance sa première chaussure avant de se
souvenir de sa promesse et pose délicatement au sol la deuxième. Dix minutes plus tard,
l’habitant frappe à la porte et supplie : « s’il vous plaît lancez la deuxième chaussure, je
n’arrive pas à me rendormir » !
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la mesure acoustique

Transcription

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